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　　激光切割原理是什么，如何選購激光切割機，要注意哪些問題?

激光切割的原理：利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

激光切割方法可分為：-化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

-化切割。利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內達到材料的沸點，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以-化切割時需要很大的功率和功率密度。-化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。 激光熔化切割。激光熔化切割時，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強大壓力使液態金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。 激光氧氣切割。激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發生氧化反應，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應區吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應產生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠遠大于-化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。 激光劃片與控制斷裂。激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關激光器和CO2激光器。控制斷裂是利用激光刻槽時所產生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產生局部熱應力，使材料沿小槽斷開。

激光切割的特點：激光切割與其他熱切割方法相比較，特點是切割速度快、質量高。

切割質量好。由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。 激光切割切口細窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達±0.05mm。 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機械加工，零部件可直接使用。 材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現較為規則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。 切割效率高。由于激光的傳輸特性，激光切割機上一般配有多臺數控工作臺，整個切割過程可以全部實現數控。操作時，只需改變數控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進行二維切割，又可實現三維切割。 切割速度快。用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達600cm/min；切割 5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達1200cm/min。材料在激光切割時不需要裝夾固定，既可節省工裝夾具，又節省了上、下料的輔助時間。 非接觸式切割。激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“-”，只需改變激光器的輸出參數。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。 切割材料的種類多。與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現出不同的激光切割適應性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。

得到“高質量”切口的關鍵因素包括了：切口的寬度（切割處材料的損耗），切口表面的氧化和粗糙程度，以及所容許的尺寸誤差。專家進行切割操作的關鍵因素包括了：切割速度，操作的靈活性，容許公差，以及生產和啟動過程的簡便性。

激光功率

事實上，并不是激光功率越大零件加工速度就越快，還有其他因素會影響切割速度的提高。激光諧振腔的類型就會影響整個系統的切割速度和成本效益。激光功率的提高和光束質量的改善擴大了激光應用的范圍。大部分激光系統的功率高于2 KW，而且現在已有功率大于7 kW的系統可供使用。提高功率不一定就帶來切割速度的提高。在熱切割的過程中，功率超過3或者4 KW 時，可能擴大材料的熱影響區域，從而就對驅動系統要求更高，因此限制了切割速度。

對于某些材料來說，光束質量對切割速度的影響并不亞于激光功率。CO2激光器根據諧振腔的不同可以有各種不同的類型：快速軸流激光器，橫流激光器，擴散-激光器（或板條激光器）。每種諧振腔類型得到不同的光束質量和焦斑直徑，以及不同的激光功率。擴散-激光器的光束質量可能比較好，但是總功率受到限制。快速軸流和橫流型激光器可以產生功率在6-7 KW的激光，但是光束質量在4 kW以上就可能開始下降。

金屬加工的考慮

更高的激光功率主要有助于增加可加工材料的厚度。對于氧氣作為輔助氣體的碳素鋼切割來說，隨著功率的提高，進料速度并沒有實質性的增加。由于熱反應過程的存在，功率/進料率存在著一個上限，對應這個最大值，可以切割一定厚度的材料。作用在材料上功率的提高并不能自動轉變為材料加工速度的提高。

使用高壓氮作為輔助氣體對厚不銹鋼板進行切割可以得到無氧化切口。比如，6.0 kW CO2激光器可以加工厚度達11/4英寸的不銹鋼。在高壓或者惰性氣體切割過程中，輔助氣體的主要功能是保護切口邊緣不至于形成氧化，并且將熔融的物質很快的吹干凈，從而避免它們粘在邊緣而形成毛邊。

因為提高切割功率會導致成本提高，所以如果能夠帶來更多經濟效益的話，那么提高功率也是可行的。目前，大部分需加工的金屬薄板厚度達6 mm，使用的是功率為3.5 kW的激光進行加工，當加工速度需要提高時，在保證光束質量的情況下可以提高激光功率。電動轎車配件 吊墜 迅雷看看 無縫鋼管 聊城網站優化 激光雕刻機耳環吊墜 流體管 純銀耳墜若需要加工更厚的材料， 則可以使用高功率的激光器以更快的速度進行切割。考慮到投資成本和與激光器有關的運轉費用增加可能帶來的劣勢，必須準確估計速度提高所帶來的優勢。在速度提高的情況下，如果沒有增加額外功率的話將很難實現。

氣體輔助激光切割

需要使用輔助氣體進行激光切割是因為，聚焦光束在焦點附近所產生了熔融金屬，使用氣體壓力可以從切割區域把熔融的金屬吹走。這種方法在加工低鋁鋼時效果最好，當加熱溫度高于燃點時，該加工過程從材料的熱反應過程中吸收額外能量。這樣，使用輔助氣體時，激光功率將更低，稱為激光熔融切割。使用氧氣作為輔助氣體來切割碳素鋼可用來加工厚度達40 mm的材料。

碳素鋼的二維切割主要使用的是CO2激光器，因為它能夠得到最佳的成本效益，對1 mm厚的金屬其切割速度為10 m/min，6 mm厚的為 3 m/min，15 mm厚的為1 m/min。

在厚碳鋼板加工中，氧氣的主要作用是輔助鋼板的鍛燒過程。此外，它也有助于清除熔融的材料。通常來說，輔助氣體的壓強和體積都很小。例如，通常6-8 PSI 的氧氣可以加工1 5/8英寸厚的鋼板。氧氣的氣壓太大的話容易帶來燃燒過程的不可控性。一旦燃燒過程開始，只需要很少的氧氣就能維持該過程。然而，熔化的材料必須通過輔助氣體的流動來清理。如果使用標準的噴嘴，輔助氣體管道內的沖擊波會導致切口邊緣有條紋和溝槽。而使用環形流噴嘴可以避免這個問題。

高壓惰性氣體輔助切割過程

當切割高合金鋼和合金鋁時，通常使用惰性氣體(氮氣，氬氣)作為輔助切割的氣體，這樣，切割過程就僅取決于激光光束的能量。所以，激光功率會比使用氧氣作為輔助氣體時更大。高壓切割過程并不會對切口產生氧化的效果，這對于切割后將進行-的情況來說很重要。目前在工業領域，激光熔融切割被用于厚度達 25 mm的材料加工。對于1 mm厚的材料來說，典型的切割速度是，達8 m/min，對3 mm厚的材料來說，速度為4.5 m/min，對于8 mm厚的材料來說，速度為1.5 m/min。

在這些應用中，高壓氮作為輔助氣體被用來隔絕切口與外界氧氣的接觸，并且從切口處把熔融的材料快速的吹干凈。切割不銹鋼時，輔助氣體壓強范圍從300 到400 PSI。更薄的不銹鋼可以使用低壓強氣體，范圍為100-200 PSI。 　　輔助氣體成本

有很多方法可以提供氧氣和氮氣。實際上氧氣和氮氣的單位成本是很類似的。使用氮氣來作為輔助氣體時花費更大，因為切割過程消耗了更多的氣體，但是，它可以得到“干凈的切口”，而不用二次加工來進行修整。通過選擇不同的供氣方式，氣體成本可以得到降低；高壓氣缸的單位成本比其他各種不同的供氣系統要來的貴。而且氣缸供氣還需要租金，使用的氣體存儲體積越大，租金越高。

一些應用中，空氣(氧-氮混合氣體)也可以用來作為輔助氣體。壓縮空氣是現有的CO2激光切割設備運轉過程的一部分。在傳輸光束的過程中，空氣起到凈化光束的作用，它防止外部污染物進入密閉的光路中。用于凈化光束的空氣還可以保證光學元件的清潔度，從而延長光學元件的壽命。空氣還與氣閥，氣缸，傳動裝置相連，可以發揮氣動開關，光束衰減和裝夾的作用。某些材料可以被切割得更快。在這些實例中，空氣必須是干凈，干燥且經過濾的。對于空氣輔助切割來說，可切割材料有厚度上的限制。通常是3 mm或者更薄，而且，空氣輔助切割會稍微在切口表面留下氧化痕跡。雖然比氧氣或氮氣要便宜，但是空氣的供給還是需要用電力來實現所需的氣體壓強和體積。

不論選擇何種氣體，這方面的成本通常是小于總成本的10%。空氣是最便宜的，但是使用的范圍很有限，氮氣是最貴的，但是可以產生干凈的切口而不需要二次加工。

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